Органическая сера как основной показатель для определения генетического типа низкометаморфизованных углей

Ludmila Butuzova, Oksana Turchanina, Gennadij Butuzov, Achim Bechtel, Vladimir A. Safin, Lubov Isayeva

Перевод с английского: Бондалетова В.А.

Источник: Bulletin of Geosciences, Vol. 80, No. 1, 3-8, 2005.

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшим показателем качества углей является содержание гетероатомов, прежде всего, кислорода и серы. Содержание кислорода в углях меняется в процессах диагенеза и метаморфизма. Соответственно изменяется и величина атомного отношения О/С, которую Ван-Кревелен и Шуер считали важнейшим показателем степени метаморфизма угля. Прямой связи между содержанием азота, серы и степенью углефикации не было замечено.

В Донецком бассейне из 1009 шахтопластов 734 (около 73%) сложены углями восстановленного типа с содержанием серы >1,5%. Значительную долю запасов каменных углей Украины составляют угли низких стадий метаморфизма, в том числе длиннопламенные с повышенным содержанием серы.

Для определения оптимальных путей их технологического использования важно установить взаимосвязь между содержанием серы и важнейшими свойствами твердых топлив.

При решении задач такого типа целесообразно применение математико-статистического метода анализа, позволяющего количественно описать влияние вклада различных элементов в формирование свойств углей.

Ранее С.Г. Гагариным и Н.Н. Улановым была предложена надежная методика регрессионного анализа вклада мацералов в формирование свойств петрографически неоднородных углей.

На примере изучения низкометаморфизованных проб углей Донбасса, Кузбасса, Печорского бассейна и Забайкалья показана возможность достаточно точно разделить суммарный показатель качества на составляющие его вклады мацералов литинита, витринита, инертинита. Одной из задач данной работы является определение вклада общей и органической серы в основной показатель технического анализа — выход летучих веществ для молодых углей одной стадии метаморфизма, но разного генетического типа по восстановленности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Математико-статистический анализ проводили с использованием программ Microsoft Excel и Origin 6.1. В качестве базы данных использовали качественные характеристики угольных шахтопластов Донецкого бассейна, приведенные в справочнике ДонУГИ по качеству каменных углей и антрацитов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Сделана выборка имеющихся в справочнике проб длиннопламенных углей среднего карбона и свежеотобранных углей разных генетических типов.

Для статистического анализа использовали 37 проб, которые давали достаточно полную характеристику элементного и технического состава углей, прежде всего, по содержанию общей серы (пластовой пробы), выходу летучих веществ, пластометрическому показателю y, элементному составу (содержанию углерода, водорода, серы, суммарно азота и кислорода в пересчете на сухую беззольную массу) и атомным отношениям отдельных элементов к углероду. Исследуемые угли отличаются достаточно широким диапазоном варьирования серы органической и общей при практически однородном петрографическом и марочном составе, т.е. они являются хорошим объектом для установления методом математической статистики взаимосвязи между составом и важнейшей технологической характеристикой - выходом летучих веществ.

Для выяснения влияния состава органической массы угля на его технологические свойства, установления степени этой связи и ее математического описания использовали методы регрессионного и корреляционного анализа. Оценка корреляционной связи между входными переменными: C^daf, H^daf, S_t^d, S^daf, (N^daf+O^daf) и их атомными отношениями, с одной стороны, и величиной V^daf, с другой стороны, показывает, что выход летучих веществ не коррелирует в достаточной степени с содержанием кислорода и водорода (коэффициенты парной корреляции составляли соответственно - 0,1988 и 0,4272). Более высокий по абсолютной величине коэффициент корреляции (r=- 0,6006) получен для пары C^daf-V^daf.

Наличие корреляционной связи наблюдается между содержанием органической серы S_o^daf или атомным отношением S_o^daf/C^daf и выходом летучих веществ. Соответствующие коэффициенты корреляции составили: r=0,8746 и r=0,8726, что значительно выше табличного значения, равного 0,449 при уровне значимости 0,001.

Для марки Д существует линейная связь, которая выражается уравнением:

V^daf=(35,98±0,46) + (1,78±0,15)*S_o^daf

Аналогичным образом найдена статистическая зависимость между выходом летучих веществ и содержанием органической серы для углей марки ДГ и Г Донецкого бассейна. Коэффициенты корреляции равны соответственно r=0,91 и r=0,95. Уравнение регрессии для углей марки ДГ имеет следующий вид:

V^daf=(33,24±0,69) + (2,31±0,27)*S_o^daf

Уравнение регрессии для углей марки Г имеет следующий вид:

V^daf=(33,21±0,59) + (2,24±0,19)*S_o^daf

Следовательно, представленные в работе результаты позволяют прогнозировать технологические свойства низкометаморфизованных донецких углей по содержанию серы в пределах одной марки. Значимость коэффициента корреляции между величинами V^daf и S_o^daf однозначно указывает на параллелизм в их изменении, т.е. свидетельствует о синхронном преобразовании серусодержащих и других компонентов органической массы твердых топлив в процессах углеобразования.

ВЫВОДЫ

Таким образом, проведенный статистический анализ характеристик донецких низкометаморфизованных углей разных генетических типов убедительно показывает возможности усовершенствования классификационной схемы твердых топлив и необходимость использования содержания органической серы в качестве одного из важнейших показателей генетического типа по восстановленности.